用于双分析器气体交换系统的偏置补偿技术技术方案

本发明专利技术涉及用于双分析器气体交换系统的偏置补偿技术。提供了用于在双分析器气体分析系统中补偿分析器偏置的系统与方法。气流交换设备，当处于第一配置中时，将室流入物传递到第一气体分析器，且将室流出物传递到第二气体分析器。在任何任意时间，可将该气流交换设备的配置转换为，其中将室流入物传递到第二气体分析器，且将室流出物传递到第一气体分析器。通过改变匹配阀的配置，初始地连接至室流出物的气体分析器连接至室流入物。反之，初始地连接至室流入物的气体分析器连接至室流出物，实现分析器之间的偏置误差确定。各实施例约比用于双分析器系统的已知方法快两倍；所减少的时间转换为整体更快的气体交换测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于双分析器气体交换系统的偏置补偿技术。背景本专利技术一般地涉及气体交换观测系统，且更具体地涉及含有带有优化的气流交换配置来补偿分析器偏置的双分析器的开路的光合测量系统。植物光合作用、蒸腾和呼吸测量一般用测量气体交换测得。宽泛地，可用开路的或闭路的系统来执行气体交换测量。开路的气体交换系统将植物的一部分或有时是全部放置在样本室内。具有已知浓度的流动气体(用于光合作用的CO2以及用于呼吸作用的H2O)以已知的质量流速被注入样本室。这个气流在下文中被称为室流入物。在室出口处测量气体浓度，且该出口处气流在下文中称为室流出物。在稳定的状态假设下，流入物和流出物之间的浓度差，以及质量流速，则被用于计算气体交换的速率(如，使用CO2差异计算光合作用以及使用H2O差异计算呼吸作用)。较低的光合作用以及呼吸作用速率的气体交换测量，尤其是在较小的叶子区域处，需要对于流入物和流出物浓度之间的微小差异的准确测量。然后使用这些绝对浓度的被计算出来的差异来计算光合作用和呼吸作用速率。开路的气体交换系统一般使用一个或两个气体分析器。单分析器系统使用阀门来将流过单分析器的流从室流入物交换为室流出物，然后换回来。双分析器系统使用一个分析器来测量室流入物，使用另一个分析器来测量室流出物。双分析器系统中的基本复杂化因素是一个分析器可能与另一个分析器有偏置。由于分析器组件的老化或者操作环境的变化，这个偏置一般是很慢地变化的。另外，这个偏置可能是正在测量的绝对浓度的函数。任何分析器偏置人为地表现为气体交换。因此，双分析器系统必须具有用于补充这些分析器偏置的机构。单分析器系统并没有受到这个的影响， 因为使用同一个分析器测量流入物和流出物流。因此，理想的是提供克服上述以及其他问题的系统与方法。
技术实现思路
本专利技术提供使用优化的气流交换配置来补偿双分析器偏置误差的系统与方法。各实施例提供在双分析器气体分析系统中补偿分析器偏置的系统与方法。各实施例约比双分析器系统的已知方法快两倍；所减少的时间转换为整体更快的气体交换测量。根据本专利技术的一个方面，提供了用在气体交换分析系统中的传感器。该传感器一般地包括界定样本的用于分析的测量体积的样本室，所述样本室具有与气体源相耦合的气体入口端，以及气体出口端。所述传感器还一般地包括被配置为测量气体浓度的第一气体分析器、被配置为测量所述气体的浓度的第二气体分析器、以及气流交换设备，其具有与所述样本室的气体出口端相耦合的第一输入端、与气体源相耦合的第二输入端、与所述第一气体分析器相耦合的第一输出端、以及与所述第二气体分析器相耦合的第二输出端。在一般操作中，响应于控制信号，该气流交换设备自动地在第一配置和第二配置之间转换，其中在第一配置中所述气流交换设备将第一输入端与第一输出端相耦合、将第二输出端和第二输入端相耦合，且其中在第二配置中所述气流交换设备将第一输入端和第二输出端相耦合、将第二输入端和第一输出端相I禹合。根据本专利技术的一个方面，提供了在气体交换分析系统中使用的传感器头。该传感器头一般地包括界定样本的用于分析的测量体积的样本室，所述样本室具有与气体源相耦合的气体入口端，以及气体出口端。所述传感器头还一般地包括被配置为测量气体浓度的第一气体分析器、被配置为测量所述气体的浓度的第二气体分析器、以及气流交换设备，其具有与所述样本室的气体出口端相耦合的第一输入端、与气体源相耦合的第二输入端、与所述第一气体分析器相耦合的第一输出端、以及与所述第二气体分析器相耦合的第二输出端。在一般操作中，响应于控制信号，该气流交换设备自动地在第一配置和第二配置之间转换，其中在第一配置中所述气流交换设备将第一输入端与第一输出端相耦合、将第二输出端和第二输入端相耦合，且其中在第二配置中所述气流交换设备将第一输入端和第二输出端相稱合、将第二输入端和第一输出端相f禹合。根据本专利技术的又一方面，提供可用于测量气体交换分析系统中气体浓度差的方法，所述系统具有传感器头，该传感器头具有界定样本的用于分析的测量体积的样本室，所述样本室具有与气体源相耦合的气体入口端以及气体出口端。该方法一般包括使用气流交换设备提供第一气流路径配置，该第一配置具有在样本室的输出端和第一气体分析器之间的第一气流路径，以及在气体源和第二气体分析器之间的第二气流路径。该方法一般还包括使用第一气体分析器在输出端测量离开样本室的气体的第一浓度，使用第二气体分析器测量来自气体源的所述气体的第二浓度，基于所述第一浓度和所述第二浓度而确定所述气体的第一浓度差，且然后，响应于控制信号，使用所述气流交换设备自动地转换到第二气流路径配置，所述第二配置具有在样本室的输出端和第二气体分析器之间的第三气流路径、 以及在气体源和第一气体源之间的第四气流路径。在特定方面，该方法进一步包括使用第二气体分析器在输出端测量离开样本室的气体的第三浓度，并使用第一气体分析器测量来自气体源的所述气体的第四浓度。在特定方面，该方法进一步包括基于所述第三浓度和第四浓度来确定第二浓度差。在特定方面，所述方法附加地包括基于所述第一浓度差和第二浓度差之间的差异(所述差异被除以二)的绝对值而确定误差。参照本说明书的其余部分，包括附图和权利要求书，将实现本专利技术的其它特征和优点。以下参照附图描述本专利技术的其它特征和优点以及本专利技术各个实施例的结构和操作。 在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。附图简述图I示出两个独立气体分析器(分析器I和分析器2)以及理论上完美的分析器的概念性的表现。图2示出根据一个实施例，带有处于第一配置的气流交换设备的开路气体交换系统。图3示出带有处于第二配置的气流交换设备的开路气体交换系统。图4示出根据一个实施例，测量图2的系统中的气体浓度差的方法。详细描述本专利技术提供用于在气体交换测量系统中补偿双分析器偏置误差的系统和方法。一般地，有用于测量室流入物和流出物气体流浓度的两种技术1)动态地将单个气体分析器从室流入物转换到流出物，然后反过来，以及2)使用两个独立的气体交换分析器同时测量室流入物和流出物流。第一种技术一般简单且紧凑，因为只需要单个气体分析器。气体交换测量一般假设稳定状态的条件。对于单分析器系统，在从室流入物转换到流出物、或者流出物到流入物的时间段内，样本条件必须适当地稳定。除了所需的影响气流交换的时间之外，在气流从流入物切换到流出物以及切换回来时，分析器中的瞬变现象必须消散。第二种技术一般地增加了系统尺寸和复杂度，因为需要附加的分析器。双分析器系统在测量中具有更快的响应时间，因为不存在与单分析器系统中的气流交换相关联的瞬变现象。与单分析器系统不同，双分析器系统受到两个分析器之间在同一个气体浓度的偏置的影响。分析器之间的任何偏置将表现为非零差异，且这个非零差异将会被解读为气体交换(如，光合作用/蒸腾作用)。修正分析器之间的偏置对于较小交换速率的准确测量是非常重要的，因为这个偏置是该浓度差异的更显著的部分。图I示出两个独立气体分析器(分析器I和分析器2)以及理论上完美的分析器的概念性的表现。图I假设分析器I和分析器2接收并测量同一个气体组分。对于理论上完美的分析器，所测得的浓度精确地等同于真实浓度。真实分析器的偏离可能是分析器设计固有的(不相关于时间的)、分析器变化或退化的结果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·威尔斯，
申请(专利权)人：利康股份有限公司，
类型：发明
国别省市：